電験三種 機械 問80：電気機器（同期機）

電験三種「機械」の「電気機器（同期機）」に関する問題（令和5年度上期 問4）。正答は(4)です。

【基本公式】同期電動機V曲線：界磁電流が大きい（過励磁）→電流が進み→無効電力供給（コンデンサ的）。

正答(4)「進み 遅れ C A 同期調相機」の根拠：

(ア)進み電流：V曲線の底点（力率1）より右側（界磁電流大→過励磁）→電流が端子電圧より進む。

(イ)遅れ電流：V曲線の底点より左側（界磁電流小→不足励磁）→電流が遅れる。

曲線変化（出力増大）：問題の図からA（低出力）→B（中出力）→C（高出力）→最小電流が増加。

ただし「電動機の出力を大きくするにつれてA→B→C」の順序で選択肢確認。

(ウ)→C（曲線名）、(エ)→A（曲線名）。(オ)同期調相機：無負荷同期電動機として連系→無効電力調整。

【電気機器（同期機）位相特性（V曲線）の解法と要点】（令和5年度上期 問4）

【V曲線の特徴】

横軸：界磁電流If、縦軸：電機子電流Ia

U字型の曲線：底点=力率cosφ=1の動作点

底点より右側（If大・過励磁）：

・電流が電圧より進む（(ア)進み電流）

・無効電力QをL側（遅れ）系統に供給（コンデンサ等価）

底点より左側（If小・不足励磁）：

・電流が電圧より遅れる（(イ)遅れ電流）

・無効電力QをC側（進み）系統から吸収（インダクタ等価）

【負荷（出力）と曲線の関係】

出力大きくなるほど底点のIaが増大→曲線が上方へ移動。

出力増大の順：A（最低出力）→B→C（最高出力）

→「(ウ)C→B→(エ)A」は下から上の曲線順→問題図と照合。

【同期調相機（(オ)）】

無負荷同期電動機を系統に接続→界磁電流制御で進み/遅れ無効電力を連続可変調整。

→正答(4)「進み 遅れ C A 同期調相機」

【電気機器（同期機）V曲線・同期調相機の深層解析と電験三種合格戦略】（令和5年度上期 問4）

【核心論点と正答根拠】

過励磁→進み電流、不足励磁→遅れ電流。曲線A(低出力)→C(高出力)の順に上昇。

同期調相機で無効電力連続制御→正答(4)。

【同期調相機と現代の無効電力制御装置の比較】

同期調相機：連続可変・慣性大→過渡安定度向上に寄与・応答時間数秒〜。

SVC（静止型無効電力補償装置）：サイリスタ制御リアクトル+固定コンデンサ→応答速度数十ms。

STATCOM（スタティックコンデンサ）：VSC（電圧型コンバータ）で無効電力直接制御→応答速度数ms。

STATCOM：無効電力を電圧に依存せず供給可能→電圧低下時でも無効電力維持→優位。

【電力系統の無効電力管理の重要性】

無効電力Q供給不足→電圧低下（電圧不安定）→系統崩壊リスク。

再エネ大量連系後：太陽光・風力は従来力率1運転→無効電力供給なし→同期機減少で問題深刻化。

グリッドフォーミング制御：インバータ型電源で仮想同期機特性を模擬→V/Q制御で系統支援。

【電験二種・実務への接続】

電験二種：同期機のP-Q図・系統連系規定・電圧制御（AVR伝達関数）・無効電力収支解析が出題。